Решения
Применение активного фильтра гармоник (AHF) в системе распределения электроэнергии больницы Гонконга
Двухуровневое подавление гармоник: фильтрация на уровне шины и на уровне критической нагрузки
1. Основы проектирования и распределительная структура крупной больницы
При разработке этого проекта в основном использовался Департамент электрических и механических услуг (EMSD) Кодекс поведения в области электроснабжения (линий электропередачи) Нормативные акты, стандарты инженерного проектирования больниц Hospital Authority (HA) и контрольный список стандартов проектирования электроустановок, а также соответствующие электротехнические спецификации Департамента архитектурных услуг (ArchSD) и правила электроснабжения местной энергетической компании.
Для крупной больницы типичную структуру электроснабжения можно представить следующим образом:
Среднее напряжение 11 кВ / 22 кВ → Распределительное устройство высокого напряжения → распределительные трансформаторы → главная распределительная сеть низкого напряжения 380/220 В → функциональные сборные шины → медицинские и строительные нагрузки
В реальных проектах уровень высокого напряжения, количество и мощность трансформаторов, секции шин низкого напряжения и схема резервного питания должны быть согласованы с фактическими условиями электроснабжения больницы и профилем нагрузки.
Ключевой особенностью этого проекта является использование относительно независимых шин низкого напряжения для различных функциональных зон. В частности, нагрузки, связанные с излучением, не имеют общей шины с другими критическими медицинскими нагрузками. Поэтому при проектировании AHF необходимо учитывать каждую зону распределения отдельно.
Рисунок 1. Концептуальная архитектура распределения МВ/ЛЖ в крупной больнице (AHF = активный фильтр гармоник).
2. Проблемы с качеством электроэнергии в больничных системах искусственного кровообращения
Современные больницы оснащены большим количеством силовых электронных устройств, которые также являются важными источниками гармонических токов. Выпрямительный каскад систем бесперебойного питания, медицинское оборудование для визуализации, такое как компьютерная томография и магнитно-резонансная томография, рентгеновские системы, приводы кондиционирования воздуха с регулируемой частотой, ИТ-оборудование и светодиодное освещение - все это может генерировать гармоники в различной степени.
Эти гармоники сначала появляются в фидерах, к которым подключены нагрузки. Когда несколько нелинейных нагрузок работают одновременно, гармонические токи сходятся вверх по потоку и в конечном итоге образуют комбинированную гармоническую нагрузку на уровне шины низкого напряжения.
Таким образом, гармонические проблемы в больницах, как правило, существуют одновременно на двух уровнях:
Для защиты критически важного оборудования и устранения искажений на уровне шины в этом проекте используется двухуровневое решение по снижению помех.
Рисунок 2. Распространенные источники гармоник в больницах и их потенциальное воздействие (3-я, 5-я, 7-я, 11-я гармоники; перегрев компонентов, нагрев трансформатора, аварийные отключения, помехи в работе оборудования).
3. Общая конфигурация AHF
Этот проект оснащен в общей сложности 34 установками AHF, распределенными следующим образом:
Другими словами, проект объединяет восемь шкафных AHF-модулей 630 A — четыре на низковольтных вводных линиях и четыре на независимых радиологических шинах - с двадцатью шестью настенными AHF—модулями 100 A, установленными вблизи критических нагрузок. Восемь блоков 630 A установлены в разных местах расположения входных или функциональных шин низкого напряжения, и каждый из них отвечает за снижение гармонических помех в своей собственной зоне распределения. Поскольку радиационная шина больницы не зависит от других шин критической нагрузки, ее AHF 630 A конфигурируются отдельно.
В целом, в этом проекте используется несколько независимых систем AHF на уровне шины, а не один центральный фильтр.
4. Подавление гармоник на уровне шины (630 А)
Восемь корпусных блоков AHF 630 A в основном отвечают за комплексное регулирование гармоник входящих линий низкого напряжения и основных функциональных шин.
Одна больничная шина низкого напряжения может питать системы бесперебойного питания, медицинское оборудование для визуализации, частотно-регулируемые приводы, ИТ-оборудование и другие нелинейные нагрузки. Гармоники, генерируемые любым отдельным устройством, могут быть незначительными, но при одновременной работе многих устройств на шине накапливаются гармонические токи.
AHF мощностью 630 А, установленный на соответствующей входящей линии или сборке, динамически компенсирует суммарный гармонический ток в этой зоне распределения. Обратите внимание, что 630 А — это максимальный номинальный ток компенсации для AHF - это не означает, что на шине имеется гармонический ток в 630 А и что AHF должен выдерживать весь ток нагрузки шины.
Таким образом, каждый AHF 630 A отвечает за комплексное гармоничное управление одной зоной распределения.
5. Снижение уровня нагрузки при критических нагрузках (100 А)
26 настенных устройств AHF мощностью 100 А установлены рядом с критически важным медицинским оборудованием и его питателями.
Такое оборудование, как компьютерные сканеры, рентгеновские аппараты, системы МРТ и ИБП, как правило, обладает сильными нелинейными характеристиками. Если бы гармоникам, генерируемым этими устройствами, было позволено перед обработкой передаваться по питающему устройству к следующему распределительному шкафу, они бы уже прошли через значительное количество кабелей и оборудования.
Таким образом, в рамках данного проекта каждый AHF напряжением 100 А максимально приближен к критической нагрузке. Когда медицинское устройство генерирует значительный гармонический ток во время работы, AHF, установленный рядом с его питателем, локально компенсирует гармоники, уменьшая их распространение в системе распределения выше по потоку.
Принцип можно обобщить в одном предложении: гармоники должны подавляться там, где они генерируются. Это улучшает качество местного электропитания и снижает ток гармоник, который приходится выдерживать восходящей шине.
6. Почему два уровня: 630 А и 100 А?
Два номинала AHF занимают разные электрические позиции и обрабатывают гармоники на разных уровнях иерархии распределения:
Критическая нагрузка → 100 A AHF → Шина низкого напряжения → 630 A AHF → распределительная система верхнего уровня
AHF 100 A, расположенные вблизи критических нагрузок, сначала обрабатывают локально генерируемые гармоники. Остальные гармоники поступают на следующую сборную шину, где AHF 630 A обрабатывают комбинированные искажения.
Это многоуровневый подход к смягчению последствий — и основная причина, по которой в проекте используются 34 установки AHF различной мощности вместо одной большой центральной AHF.
Рисунок 3. Двухуровневая стратегия обеспечения качества электроснабжения в больнице: снижение напряжения на уровне шины (630 А) и снижение напряжения на уровне нагрузки (100 А).
7. Независимая обработка радиационной шины
В конфигурации AHF система излучения требует особого внимания.
Медицинское оборудование для визуализации, такое как компьютерная томография и рентгеновские аппараты, работает иначе, чем обычные строительные приборы: их быстрое изменение мощности и характеристик силовой электроники может привести к значительным перепадам напряжения и искажениям тока.
Поскольку оборудование, связанное с облучением, питается от независимой шинопровода, в рамках этого проекта оно не использовалось для других важных медицинских нагрузок. Вместо этого для радиологической шины были сконфигурированы специальные AHF 630 A в соответствии с ее фактической нагрузкой и уровнями гармоник.
Для крупных больниц со сложной распределительной структурой такое зональное управление с помощью функциональных сборных шин обеспечивает хорошую инженерную адаптируемость.
8. Краткое изложение решения
В конечном итоге проект создает иерархическую систему гармонического смягчения последствий, охватывающую два уровня:
Два уровня AHF не являются простым совмещением мощностей — они соответствуют разным уровням электроснабжения больничной распределительной системы. Основная концепция проектирования заключается в следующем:
Подавление гармоник на уровне нагрузки → Подавление гармоник на уровне шины → Контроль качества электроэнергии на входе
Для крупных больниц с независимыми радиационными шинами, критическими медицинскими нагрузками и большим количеством ИБП и силового электронного оборудования подход к устранению критических нагрузок на месте + централизованная обработка распределительных шин позволяет согласовать места установки AHF с фактическими путями генерации и распространения гармоник.
Такой же многоуровневый подход к управлению качеством электроэнергии может также служить основой для проектирования других сложных низковольтных систем — центров обработки данных, аэропортов и крупных общественных зданий.
Окончательная мощность AHF и места установки всегда должны определяться на основе измерений качества электроснабжения на месте, фактической однолинейной схемы больницы, расчетов нагрузки и применимых стандартов электроснабжения в месте реализации проекта.
часто задаваемые вопросы
Q1. Что делает активный фильтр гармоник (AHF) в больничной системе распределения электроэнергии?
Высокочастотный преобразователь измеряет гармонический ток на своем фидере или шине в режиме реального времени и подает компенсирующий ток равной или противоположной силы, сохраняя общее гармоническое искажение на низком уровне. В больницах это защищает чувствительное медицинское оборудование от искажений, вызванных системами бесперебойного питания, оборудованием для визуализации (КТ/МРТ/рентген), частотно-регулируемыми приводами, IT-нагрузками и светодиодным освещением.
Вопрос 2. Почему в больницах требуется два уровня гармонического смягчения — 630 А и 100 А?
Больничные гармоники возникают одновременно на двух уровнях: локально, вблизи большого нелинейного медицинского оборудования, и коллективно, когда на шине сходится множество нагрузок. Двухуровневая схема обрабатывает каждую гармонику в ее источнике (100 AHFs вблизи критических нагрузок) и устраняет суммарные искажения на шине (630 AHFs), что более эффективно, чем один большой центральный фильтр.
Вопрос 3. Как выбирается мощность AHF — что означает 630 А?
Номинальный ток (например, 630 А) - это максимальный компенсирующий ток, который может выдавать AHF, а не ток нагрузки на шину. Фактический размер определяется на основе измерений гармонического тока в каждой зоне распределения на месте, а также с учетом возможности увеличения нагрузки.
Q4. Почему радиологическая (визуализирующая) шина обрабатывается отдельным AHF?
Компьютерная томография, рентген и другое оборудование для визуализации создают резкие колебания мощности и сильные нелинейные токи. В этом проекте радиационные нагрузки подаются от независимой шины, поэтому для них была сконфигурирована специальная группа из 630 A AHF, вместо того чтобы смешивать их с другими критическими нагрузками, что предотвращает перекрестную связь между нарушениями визуализации и другим медицинским оборудованием.
Q5. Где следует устанавливать AHFS при распределении ЛЖ в больнице?
Следуйте гармоническому пути: устанавливайте AHF на уровне нагрузки (например, настенные модули 100 А) как можно ближе к критически важному нелинейному оборудованию, а AHF на уровне шины (например, шкафы 630 А) на входных линиях низкого напряжения и основных функциональных сборных шинах, где сходятся гармоники. Конечные положения должны соответствовать однолинейной диаграмме и измерениям на месте.
О компании SINAVA POWER : СИЛА СИНАВЫпредоставляет решения по обеспечению качества электроэнергии для больниц, центров обработки данных и промышленных объектов, включая активные фильтры гармоник (AHF), статические генераторы переменного тока (SVG) и системы мониторинга энергопотребления — от измерения на месте и проектирования мощности до монтажа и ввода в эксплуатацию.
Свяжитесь с нашей командой инженеров | Сопутствующий продукт: Активный фильтр гармоник (AHF)
Пожалуйста, оставляйте нам свои сообщения и отзывы, наши инженеры по продажам всегда рядом с вами.
